Ученые СГТУ имени Гагарина Ю.А. разработали новый композитный материал, позволяющий утроить количество электричества, запасаемого внутри полимерных концентраторов. Это открытие позволит создать энергонакопительные системы, не уступающие по эффективности ушедшим с рынка зарубежным аналогам.
«Увеличение диэлектрической проницаемости при помощи нашего материала позволяет не только накапливать больше энергии, но и повысить отклик материала на воздействие внешнего электрического поля. Это важно для устройств, применяемых в космической и авиационной промышленности, в здравоохранении и бытовой электронике. Потенциал улучшенных устройств хранения энергии и датчиков огромен», – прокомментировал к.т.н., доцент, старший научный сотрудник кафедры «Химия и химическая технология материалов» Физико-технического института СГТУ Николай Горшков.
Энергия, запасаемая конденсаторами и другими системами накопления электрической энергии, напрямую зависит от значений диэлектрической проницаемости материала, который они используют в своей работе. Как правило, они представляют собой полимерные материалы, в объем которых внедрены наполнители, способные проводить ток.
Ученые выяснили, что способность подобных полимерных материалов запасать энергию можно в несколько раз увеличить, если внедрить в их толщу частицы, состоящие из максенов. Это особый тип двумерных или многослойных наноматериалов, чьи плоские слои состоят из множества соединенных друг с другом атомов металлов, углерода и одного из элементов с сильными окисляющими свойствами.
Николай Горшков с коллегами Политеха встроили частицы из максенов в полимер PVDF, который сейчас широко применяется при производстве литий-ионных батарей, суперконденсаторов и прочих систем запасания энергии. В ходе этих опытов исследователи встраивали как чистые частицы максенов в полимерный наполнитель, так и их «растянутые» версии, между слоями которых были встроены молекулы диметилсульфоксида, популярного в химической отрасли растворителя.
Его добавление внутрь максенов, как обнаружили ученые, позволило более равномерно распределить слои этих двухмерных материалов по толще полимерного материала, что значительным образом улучшило его способность запасать в себе энергию. В этом отношении полимер с включениями «растянутых» максенов примерно втрое превосходит уже существующие наполнители. По прогнозам ученых, подобные композиты войдут в состав устройств накопления и преобразования энергии в ближайшие пять лет.
Проект реализуется на средства гранта Российского научного фонда.